王愛玲 余東亮 朱建平 張晶 賀小康 孫海軍

國家管網集團西南管道公司

摘要：陰極保護技術是抑制管道腐蝕的一種有效的電化學保護手段。相對傳統的人工測試方法，陰極保護參數智能采集監控系統能實時監測分析，減小了測量誤差，能夠保證陰極保護有效性以降低腐蝕風險并節省大量人工成本。在西南山區管道現場應用表明：系統能夠不間斷實時監測管道電位等各項參數，管理人員可以隨時掌握陰極保護狀況，及時分析整改異常情況，滿足企業日常管理要求，為山地管道陰保系統研究提供重要數據支持。

關鍵詞：陰極保護；山區管道；智能采集；管理系統

管道防腐措施一般采用防腐層結合陰極保護技術[1]，為了保證陰極保護的有效性，需要對管道陰極保護狀態進行監測，并注意對陰極保護設備的管理。管網系統的普通測試樁一般只能采集數據，而不能遠程傳輸數據[2]，每月一次的人工檢測無法對陰極保護各項參數實時、同步監控，對陰極保護和腐蝕情況及時做出響應。人工檢測數據誤差大、人工成本高，不能滿足現代企業管理的要求[3]。因此，提高陰極保護智能化管理成為必然趨勢。

1  應用現狀

10年前國內各大高校及研究院所的科研人員就開展了陰極保護電位智能采集設備的硬件研制工作，主要解決基本的陰極保護通電電位采集和數據傳輸問題。早期工作雖然都有應用效果的描述，但是缺乏具體工況的介紹，也未進行長時間穩定性、可靠性的驗證，大部分可歸類為原型機的開發，為工業化應用提供了技術路線。周勇發等[4]以Simplicity協議棧為基礎，研制了一套無線傳感器網絡，用于將陰極保護電位等數據傳輸到計算機控制軟件，同時設計研發的陰極保護數據上傳管理平臺，可以實現對數據的上傳、管理、可視化監控等。梁云[5]介紹了一套高性能智能化陰極保護系統，由管理中心、智能測試樁和外加電流系統組成，可以采集管道電位及交流干擾電壓。薛光等[6]介紹了川氣東送管道分公司采用智能測試樁和陰極保護監測系統的效果，除了采用智能采集儀對測試樁處的電位進行定時采集上傳外，還可將全線陰保站的輸出電壓、電流和保護電位、斷電電位等上傳到陰極保護監測系統，通過遠程控制功能及時調整恒電位儀的輸出參數，確保陰極保護系統處于最佳的工作狀態。川氣東送管道應用了以GIS和GPRS為基礎的陰保在線監測系統，通過分析管道電位數據可遠程調節恒電位儀，使管道得到有效保護。楊彬[7]介紹了一套可以采集并傳輸管道電位的智能陰保系統，對系統的可靠性問題進行應用案例介紹。長慶油田某輸氣管線現場應用了遠程陰保監測系統[8]，該系統由監測平臺和防蝕儀構成[9]，可以采集并展示陰保電流和電位數據，結合專家系統便于分析陰保故障情況。

西南管道公司擁有超過一萬公里長輸油氣管道。2018年以來著手建設陰極保護參數智能采集監控系統平臺，并在山區管道進行了應用推廣。建設了陰極保護參數自動采集儀試驗場、制定了陰極保護參數自動采集儀技術規范，通過實時跟蹤調研國內外新技術和發展趨勢，不斷改進采集設備，持續升級改造系統終端，軟硬件技術水平和可靠性得到了提高。

2  系統組成及功能介紹

該系統以地理信息系統（GIS）為管理平臺，以MySQL數據庫作為統一數據庫，以公共無線數據通訊（GPRS）和其他有線通訊相結合的方式為數據傳輸手段[10]，實現低成本遙測和遙控，如圖 1所示。系統主要由硬件和軟件兩部分構成，硬件即陰極保護參數自動采集儀和埋地傳感部件，負責數據的采集和傳輸，并與系統平臺軟件開發數據接口實現交互兼容。即利用智能陰保測試樁處布置的采集儀，配合長效參比、極化試片等埋地裝置，將管道陰極保護通電電位、試片斷電電位、管道交流干擾電壓、試片交流電流密度、試片直流電流密度、試片腐蝕速率等數據按設定要求進行自動采集、儲存、上傳監控系統平臺，并進行數據存儲、展示、統計、分析等。軟件即陰極保護電位監測、評價和預警系統，負責數據的解析、存儲、分析和展示。其工作模式主要分為日常工作模式和雜散電流監測模式。前者可根據實際需求遠程設置采集時間間隔，每次采集一組數據。后者主要針對電氣化鐵路、城市軌道交通電流干擾或高壓直流接地極干擾等特殊情況，調整相關參數采集頻次，采集參數超過設定閾值自動觸發該模式功能，干擾結束、電位偏移量回到正常范圍內時，自動恢復日常工作模式采集傳輸數據。

圖 1 陰極保護參數智能采集監控系統拓撲圖

該系統實現了對管道陰極保護狀況的在線檢測，同時可以通過遠程監控方式隨時監視并調整恒電位儀的工作狀態，使整個陰極保護系統處于最佳的工作狀態，起到最大限度的保護作用。

3  應用分析

圖 2顯示在某一時間段某段山區管道受到高壓直流接地極干擾的情況，干擾持續時長為48 min，干擾類型為接地極陽極運行。從各監測點的電位變化（圖 2（a）、圖 2（b））來看，此次高壓直流干擾導致至少10處監測點的管道電位相對于未發生干擾時出現了偏移，影響管段約為400 km。GD-K1155+801～GD-A#閥室-K1147 管段和GD-D#閥室-K854～GD-F#閥室-K734 管段為電流流出段，電位正向偏移，監測點GD-D#閥室-K854的斷電電位正向偏移最大，最正通/斷電電位為﹣0.685 V/﹣0.834 V，斷電電位不滿足最小保護電位要求。GD-B#閥室-K1038～GD-C#閥室-K1016 管段為電流流入段，電位負向偏移，監測點 GD-B#閥室-K1038 的斷電電位負向偏移最大，最負通/斷電電位為﹣4.378 V/﹣1.291 V，斷電電位負于限制臨界電位。

圖 2 高壓直流干擾監測

圖 3為某山區管段連續監測的管道通/斷電電位隨時間變化曲線。從圖 3（a）可以看出，管段受到典型的動態雜散電流干擾而電位波動，每天夜間管道電位波動消失。根據管段附近用電設施調查，可以判斷雜散電流來源為管道附近企業用電設備。圖 3（b）為管段K1062-K1168陰保監測的曲線圖，可以看出越向下游方向，監測點的波動幅度越大，可以肯定雜散干擾也越大。

圖 3 陰極保護電位監測曲線

4  結論及展望

陰極保護參數智能采集監控系統實現了油氣管道陰極保護的集中監控與管理，提高了數據采集的可靠性，可實時掌握管道陰極保護狀況，解決了人工測量誤差大、檢測工作量大、成本高等問題，降低了陰極保護運行維護成本，提高了管道智能化管理水平。隨著推廣應用，也暴露出了一些問題，主要包括運行故障率較高、分析評價軟件算法簡單、數據管理平臺兼容性差、標準不統一等。今后在以下方面還有待提升。

一是提高系統的可靠性。系統可靠性由采集模塊、供電模塊和傳輸模塊的可靠性決定。提高設備的防水防塵水平，并在采集儀內部進行溫度、濕度監測，提高系統自診斷能力。采用太陽能電池、風能供電、直流電源供電等，保障設備長期穩定運行。采用物聯網通訊、北斗衛星技術等覆蓋傳統信號盲區。

二是提高標準化統一性。目前各個廠家軟硬件技術水平參差不齊，通訊協議不統一。建議推動智能采集系統標準化設計，實現埋地裝置、供電模塊的通用化，采集到的數據符合統一的數據庫要求，并可以直接傳輸到統一的數據監測平臺，便于統一管理。

三是提高智能化管理。系統擁有分布點多、分布廣、供電持續、傳輸及時的優勢，可與地質災害預警系統、視頻監控系統、應力應變監控系統等實現接口互融互通。結合智慧管道“端+云+大數據”的體系架構集成管道全生命周期數據，整合第三方施工和交叉施工監測、泄漏監測、移動巡檢、智能安防等技術，提供智能分析和決策支持，實現管道的可視化、網絡化、智能化管理，進一步提高管道的智能化管理水平。

參考文獻： 

[1]胡生寶，陳星瑋.天然氣輸送管道的腐蝕及對策[J].化學工程與裝備，2019(03)：172-173.

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[4]周勇發. 基于無線傳感器網絡的陰極保護電位采集系統[D]. 北京：北京郵電大學，2011.

[5]梁云，練宗源，戴慰慰，等.高效綠色能源智能陰極保護系統[J].全面腐蝕控制，2016，30(05)：9-11+86.

[6]薛光，黃明軍. 管道工程智能測試樁和陰極保護監測系統[J]. 儀表電氣，2011，30(6)：63-65.

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[9]王峰.強制電流陰極保護及智能監測系統[J].油氣田地面工程，2008，27(07)：68+70.

[10]金海峰.陰極保護技術在石油化工設施中的設計與應用[J].油氣田地面工程，2009，28 (9)：37-38．

作者簡介：王愛玲，工程師，碩士，2013年畢業于中國石油大學（華東）油氣儲運專業，現主要從事長輸油氣管道完整性專業方向的研究工作。聯系方式：028-62721631， wailing0612@163.com。